Defensa de Abdelkader Izerroukyene (Departamento de Mecánica)

En el contexto medioambiental actual, marcado por el cambio climático y la crisis energética, la biomasa despierta un interés creciente por su potencial de neutralidad en carbono. Sin embargo, es crucial evaluar su impacto sobre la salud humana y la calidad del aire.

En el transcurso de esta tesis se han realizado mediciones experimentales y modelización numérica CFD en la chimenea de una caldera doméstica de biomasa para analizar las emisiones de gases y partículas contaminantes durante la combustión de pellets de madera. Se utilizó una caldera con una potencia nominal de 10 kW y equipada con un quemador de alimentación. En la caldera se instalaron varios tipos de sensores (termopares, caudalímetros, sensores de humedad relativa, anemómetro)

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Las emisiones de partículas se midieron mediante la técnica EEPS (Engine Exhaust Particle Sizer). Además, las emisiones gaseosas (CO2, CO, hidrocarburos totales HCT, O2) se determinaron mediante espectroscopia infrarroja (IR) y detector de ionización de llama (FID). Las emisiones se registraron durante la fase estacionaria de la caldera, y la repetibilidad se llevó a cabo a lo largo de varias pruebas. Se estudiaron cuatro puntos de medición en la chimenea para evaluar la evolución del tamaño de las partículas y su posible deposición en las paredes a lo largo de la chimenea.

Las emisiones de CO

Los resultados experimentales se compararon con un modelo numérico CFD elaborado en OpenFOAM que incorpora el transporte de partículas. El modelado del flujo turbulento en la chimenea utiliza un enfoque RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) de 1er orden o basado en la hipótesis de Boussinesq. Para tener en cuenta la anisotropía del flujo, se seleccionó el modelo de turbulencia para este estudio. El efecto de las fluctuaciones turbulentas en la fase discreta se incorpora mediante el modelo de dispersión turbulenta DRW (Discrete Random Walk). Los resultados obtenidos permiten visualizar la topología del flujo de la fase portadora y la distribución completa del campo de partículas en la chimenea. Se han desarrollado por primera vez mediciones avanzadas de las emisiones contaminantes y la modelización del transporte de partículas en una caldera doméstica de biomasa que opera en condiciones reales.

Distribución de partículas en la chimenea.

Los resultados experimentales revelan varios aspectos relevantes. Las emisiones de CO y HCT muestran una evolución similar a lo largo del tiempo. La distribución del tamaño de partícula medida a lo largo de la chimenea pone de manifiesto el fenómeno de aglomeración de partículas. Además, el modelo CFD y los resultados experimentales proporcionan resultados concordantes en términos de características de flujo y granulometría de partículas.

El modelo CFD y los resultados experimentales proporcionan resultados concordantes en términos de características de flujo y granulometría de partículas.

Reporteros

• Valérie TSCHAMBER, Catedrática de Universidad, Universidad de Alta Alsacia
• Xesús NOGUEIRA, Catedrático de Universidad, Universidad de la Coruña

Examinadores

• Denis PETITPREZ, profesor universitario, Universidad de Lille
• Mathieu SPECKLIN, Profesor titular, Conservatorio Nacional de Artes y Oficios - París

Supervisor de tesis

• Céline MORIN, profesora universitaria, INSA Hauts-de-France
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Co-directora

• Sofiane KHELLADI, profesora universitaria, ENSAM París

Co-supervisores

• François BEAUBERT, profesor titular, INSA Hauts-de-France
• David UYSTEPRUYST, Profesor titular, INSA Hauts-de-France
• Damien MÉRESSE, Profesor titular, INSA Hauts-de-France